DE102009044708A1

DE102009044708A1 - Lösbares Brennerrohr einer Brennstoffdüse

Info

Publication number: DE102009044708A1
Application number: DE102009044708A
Authority: DE
Inventors: Geoffrey David Myers; Stephen R. Thomas; David Martin Johnson; Scott Simmons; Donald Mark Bailey
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-12-01
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2010-09-09
Also published as: CN101806460B; US8505304B2; JP5451344B2; CN101806460A; JP2010127613A; US20100132364A1

Abstract

Es ist eine Brennstoffdüse geschaffen, die eingerichtet ist, um ein Fluid zu einer Brennkammer (128) hin zu leiten, die im Inneren einer Gasturbine (100) definiert ist. Die Brennstoffdüse enthält eine Verwirbleranordnung (320, 430) und ein Brennerrohr (410, 510), das mit einem Halteflansch (340) auf eine lösbare Weise gekoppelt ist, so dass während eines Brennstoffdüsenbetriebs eine Innenfläche des Brennerrohrs eine Außenfläche der Verwirbleranordnung umgrenzt.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Gasturbinenmaschinen und insbesondere ein lösbares Brennerrohr zur Verwendung bei einer Gasturbinenmaschine.
Bekannte Brennstoffdüsenanordnungen vermischen Luft und Brennstoff zur Verbrennung. Eine Brennerrohranordnung ist die äußerste Komponente wenigstens einiger bekannter Brennstoffdüsenanordnungen und ist dazu bestimmt, mehrere innere Komponenten innerhalb der Brennstoffdüsenanordnung zu schützen, während das Luft/Brennstoff-Gemisch durch die Brennstoffdüsenanordnung geleitet wird. Im Inneren wenigstens einiger bekannter Brennerrohranordnungen sind mehrere Komponenten entlang mehrerer Nähte zusammenverschweißt.
Die Montage bekannter Brennerrohranordnungen, insbesondere der Schweißprozess, kann eine schwierige Aufgabe darstellen. Beispielsweise wird der Einlassluftfluss durch die Brennerrohranordnung zu der Zeit der Montage bestimmt, und er ist im Wesentlichen unflexibel für irgendwelche nachfolgenden Veränderungen. Insbesondere erfordert die Realisierung einer Konstruktionsänderung bezüglich des Luftflusses im Allgemeinen einen Austausch der gesamten Brennstoffdüsenanordnung. Außerdem kann während einer Montage jede Beschädigung an der Brennerrohranordnung selbst eine Reparatur der gesamten Brennstoffdüsenanordnung erfordern. Der Montageprozess wird durch die Brennerrohranordnung weiter erschwert, die den Zugang zu inneren Komponenten der Brennstoffdüsenanordnung beschränkt und somit eine Inspektion und Wartung derartiger Komponenten schwierig gestaltet.
In bekannten Brennstoffdüsenanordnungen ist die Brennerrohranordnung derart gestaltet, dass der Luftfluss im Wesentlichen gleichförmig wird, wenn er stromabwärts strömt. Im Betrieb können jedoch die Schweißnähte, die zwischen den zusammenverbundenen Komponenten erzeugt werden, Strömungsanomalien, wie beispielsweise Rezirkulationszonen, hervorrufen, die die Funktionsweise der Brennstoffdüsenanordnung nachteilig beeinflussen können. An sich erfordert jede Verbindung während der Montage eine spezielle Beachtung, um Flammenhalteprobleme, bei denen eingeschlossener Brennstoff und Luft sich automatisch entzünden können, zu verhindern. Darüber hinaus sind einige bekannte Brennerrohranordnungen nicht mit einem Halteflansch gekoppelt, und in derartigen Rohren kann eine erste Biegeeigenfrequenz der Brennstoffdüsenanordnung hinreichend klein sein, um durch Vielfache der Rotordrehzahl angeregt zu werden, so dass auf diese Weise ein Risiko eines Teileversagens aufgrund einer Schwingung erhöht wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt ist ein Verfahren zur Montage einer Brennstoffdüse zur Verwendung mit einer in einer Gasturbinenmaschine definierten Brennkammer geschaffen. Das Verfahren enthält ein Bereitstellen einer Verwirbleranordnung, ein Bereitstellen eines Brennerrohrs und ein Koppeln des Brennerrohrs mit einem Halteflansch auf eine lösbare Weise, so dass eine Innenfläche des Brennerrohrs während eines Brennstoffdüsenbetriebs eine Außenfläche der Verwirbleranordnung umgibt.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Brennstoffdüse geschaffen, die konfiguriert ist, um ein Fluid in Richtung auf eine Brennkammer zu leiten, die in einer Gasturbine definiert ist. Die Brennstoffdüse enthält eine Verwirbleranordnung und ein Brennerrohr, das mit einem Halteflansch auf eine lösbare Weise gekoppelt ist, so dass während eines Brennstoffdüsenbetriebs eine Innenfläche des Brennerrohrs eine Außenfläche der Verwirbleranordnung umgrenzt bzw. umgibt.
In einem noch weiteren Aspekt ist eine Gasturbinenmaschine geschaffen. Die Gasturbinenmaschine enthält eine Brennkammer und eine Brennstoffdüse, die konfiguriert ist, um ein Fluid in Richtung auf die Brennkammer zu leiten. Die Brennstoffdüse enthält eine Verwirbleranordnung, ein Brennerrohr und einen Halteflansch, wobei das Brennerrohr mit dem Halteflansch auf eine lösbare Weise derart gekoppelt ist, dass eine Innenfläche des Brennerrohrs während eines Brennstoffdüsenbetriebs eine Außenfläche der Verwirbleranordnung umgrenzt bzw. umgibt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematisierte Darstellung einer beispielhaften Gasturbinenmaschine;
2 zeigt eine schematisierte Querschnittsdarstellung einer beispielhaften Brennkammer, die bei der in 1 veranschaulichten Gasturbinenmaschine verwendet werden kann;
3 zeigt eine schematisierte Querschnittsdarstellung einer bekannten Brennstoffdüsenanordnung;
4 zeigt eine schematisierte Querschnittsdarstellung einer beispielhaften Brennstoffdüsenanordnung, die bei der in 2 veranschaulichten Brennkammer verwendet werden kann und die ein lösbares Brennerrohr enthält; und
5 zeigt eine teilweise aufgebrochene Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform einer Brennstoffdüsenanordnung, die bei der in 2 veranschaulichten Brennkammer eingesetzt werden kann.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die beispielhaften Verfahren und Systeme, wie sie hierin beschrieben sind, überwinden die Nachteile bekannter Brennstoffdüsenanordnungen und ergeben eine Brennstoffdüsenanordnung, die im Vergleich zu bekannten Brennstoffdüsenanordnungen einfacher zu montieren, zu demontieren und zu warten ist.
Die Ausdrücke „axial” und „in Axialrichtung”, wie sie in dieser Anmeldung verwendet werden, beziehen sich auf Richtungen und Orientierungen, die im Wesentlichen parallel zu einer longitudinalen Mittelachse eines Mittelkörpers einer Brennerrohranordnung verlaufen. Die Ausdrücke „radial” und „in Radialrichtung”, wie sie in dieser Anmeldung verwendet werden, beziehen sich auf Richtungen und Orientierungen, die im Wesentlichen senkrecht zu der longitudinalen Mittelachse des Mittelkörpers verlaufen. Die Ausdrücke „stromaufwärts” und „stromabwärts”, wie sie in dieser Anmeldung verwendet werden, beziehen sich auf Richtungen und Orientierungen relativ zu einer axialen Strömungsrichtung in Bezug auf die longitudinale Mittelachse des Mittelkörpers.
1 zeigt eine schematisierte Darstellung einer beispielhaften Gasturbine bzw. Gasturbinenmaschine. Die Gasturbinenmaschine 100 enthält einen Verdichter 102 und eine Brennkammer 104, die eine Brennstoffdüsenanordnung 106 enthält. Die Gasturbinenmaschine 100 enthält ferner eine Turbine 108 und eine gemeinsame Verdichter/Turbinen-Welle 110. In einer Ausführungsform ist die Gasturbinenmaschine 100 eine PG9371 9FBA Hochleistungsgasturbine, die von der General Electric Company, Greenville, South Carolina, kommerziell erhältlich ist. Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf irgendeine einzelne spezielle Maschine beschränkt ist und sie in Verbindung mit anderen Gasturbinenmaschinen eingesetzt werden kann.
Während des Betriebs strömt Luft durch den Verdichter 102, und komprimierte Luft wird zu der Brennkammer 104 und insbesondere zu der Brennstoffdüsenanordnung 106 geliefert. Es wird Brennstoff zu einer Verbrennungsregion geleitet, die im Inneren der Brennkammer 104 definiert ist, worin der Brennstoff mit der komprimierten Luft vermischt wird und das Gemisch gezündet wird. Es werden Verbrennungsgase erzeugt, die zu der Turbine 108 geleitet werden, worin die Wärmeenergie des Gasstroms in mechanische Rotationsenergie umgewandelt wird. Die Turbine 108 ist mit der Welle 110 drehfest gekoppelt und treibt diese an.
2 zeigt eine schematisierte Querschnittsansicht der Brennkammer 104. Die Brennkammer 104 ist in Strömungsverbindung mit dem Verdichter 102 und der Turbine 108 gekoppelt. Der Verdichter 102 enthält einen Diffusor 112 und ein Verdichterauslassplenum 114, die in Strömungsverbindung miteinander gekoppelt sind. Die Brennkammer 104 enthält eine Endabdeckung 120, die den strukturellen Halt für mehrere Brennstoffdüsenanordnungen 122 bietet. Die Endabdeckung 120 ist mit einem Brennkammergehäuse 124 mit (in 2 nicht veranschaulichten) Haltebauteilen verbunden. Eine Brennkammerauskleidung 126 ist radial innen von dem Brennkammergehäuse 124 positioniert, so dass die Brennkammerauskleidung 126 eine Verbrennungskammer 128 innerhalb der Brennkammer 104 definiert. Zwischen dem Brennkammergehäuse 124 und der Brennkammerauskleidung 126 ist ein kreisringförmiger Brennkammerkühlkanal 129 definiert. Mit der Verbrennungskammer 128 ist ein Übergangsstück 130 gekoppelt, um das Leiten von Verbrennungsgasen, die in der Verbrennungskammer 128 erzeugt werden, stromabwärts zu der Turbinendüse 132 hin zu unterstützen. In der beispielhaften Ausfüh rungsform enthält das Übergangsstück 130 mehrere Öffnungen 134, die in einer Außenwand 136 ausgebildet sind. Das Übergangsstück 130 enthält ferner einen kreisringförmigen Kanal 138, der zwischen einer Innenwand 140 und einer Außenwand 136 definiert ist. Die Innenwand 140 definiert einen Leithohlraum 142. In der beispielhaften Ausführungsform ist die Brennstoffdüsenanordnung 122 mit der Endabdeckung 120 über einen (nicht bezifferten) Brennstoffdüsenflansch gekoppelt.
Im Betrieb treibt die Turbine 108 den Verdichter 102 über die (in 1 veranschaulichte) Welle 110 an. Wenn der Verdichter 102 rotiert, wird komprimierte Luft in den Diffusor 112 ausgestoßen, wie dies durch die zugehörigen Pfeile veranschaulicht ist. In der beispielhaften Ausführungsform wird der Großteil der von dem Verdichter 102 abgegebenen Luft durch das Verdichterauslassplenum 114 hindurch zu der Brennkammer 104 hin geleitet, während die restliche komprimierte Luft zur Verwendung bei der Kühlung von Maschinenkomponenten geleitet wird. Insbesondere wird unter Druck stehende komprimierte Luft innerhalb des Auslassplenums 114 in das Übergangsstück 130 über die Außenwandöffnungen 134 sowie in den kreisringförmigen Kanal 138 hinein geleitet. Die Luft wird anschließend von dem Ringkanal 138 aus durch den kreisringförmigen Brennkammerkühlkanal 129 hindurch und zu den Brennstoffdüsenanordnungen 122 geleitet. Brennstoff und Luft werden miteinander vermischt, und das Gemisch wird innerhalb der Verbrennungskammer 128 gezündet. Das Brennkammergehäuse 124 ermöglicht eine Abschirmung der Verbrennungskammer 128 und ihrer zugehörigen Verbrennungsprozesse gegenüber der außenseitigen Umgebung, wie beispielsweise der umgebenden Turbinenkomponenten. Die erzeugten Verbrennungsgase werden von der Verbrennungskammer 128 durch die Leitkavität 142 hindurch und zu der Turbinendüse bzw. dem Turbinenleitapparat 132 hin geleitet.
3 zeigt eine schematisierte Querschnittsdarstellung einer bekannten Brennstoffdüsenanordnung 300. Eine äußerste Komponente der bekannten Brennstoffdüsenanordnung 300 ist ein äußeres Rohr 310. Das äußere Rohr 310 schützt mehrere innere Komponenten, wie beispielsweise eine Verwirbleranordnung 320 und einen Schaft 330, während Fluide durch die bekannte Brennstoffdüsenanordnung 300 geleitet werden. In der beispielhaften Ausführungsform ist das Außenrohr 310 aus mehreren Komponenten zusammengebaut, zu denen ein oberes Rohr 350, das auch als ein Einlassflusskonditionierer (IFC, Inlet Flow Conditioner) bezeichnet wird und das an einer stromaufwärtigen Seite eines Verwirblermantels 370 angeschweißt ist, und ein unteres Rohr gehören, das auch als ein Brennerrohr bezeichnet wird und das an einer stromabwärtigen Seite des Verwirblermantels 370 angeschweißt ist.
In der beispielhaften Ausführungsform wird das Außenrohr 310 durch festes Walzen wenigstens eines Stücks eines Metallblechs in Umfangsrichtung rings um die Verwirbleranordnung 320 montiert. Insbesondere umgibt das äußere Rohr 310 die Verwirbleranordnung 320 vollständig und ist mit dieser über eine Schweißung verbunden. Das äußere Rohr 310 enthält mehrere perforierte Öffnungen 330, die darin ausgebildet sind. Die perforierten Öffnungen 330 ermöglichen Luft, in das äußere Rohr 310 an seinem Basisende in der Nähe eines Flansches 340 einzutreten.
4 zeigt eine schematisierte Querschnittsdarstellung einer beispielhaften Brennstoffdüsenanordnung 400, die ein lösbares Brennerrohr 410, einen Schaft 420 und eine Verwirbleranordnung 430 enthält. In der beispielhaften Ausführungsform ist das lösbare Brennerrohr 410 die radial äußerste Komponente der Brennstoffdüsenanordnung 400, und es ummantelt radial die Brennstoffdüsenanordnung 400.
In der beispielhaften Ausführungsform ist die Verwirbleranordnung 430 aus einem ersten Material hergestellt, das einen ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE, Coefficient of Thermal Expansion) aufweist, während das lösbare bzw. abnehmbare Brennerrohr 410 aus einem zweiten Material hergestellt ist, das einen zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE aufweist, der sich von dem ersten Ausdehnungskoeffizienten unterscheidet. Außerdem ist das zweite Material wegen seiner Nähe zu der Brennkammer 104 (wie in 1 veranschaulicht) in der Lage, höheren Temperaturen als das erste Material zu widerstehen. In einer Ausführungsform ermöglicht die Verwendung des zweiten Materials dem lösbaren Brennerrohr 410, bei Materialtemperaturen oberhalb von etwa 1200°F seine Form aufrechtzuerhalten und einer Korrosion und Oxidation zu widerstehen. In der beispielhaften Ausführungsform ermöglichen die jeweiligen Materialien sicherzustellen, dass eine Innenfläche, die einen Innendurchmesser bzw. -umfang des lösbaren Brennerrohrs 410 definiert, gegen eine Außenfläche positioniert ist, die einen Außendurchmesser bzw. -umfang der Verwirbleranordnung 430 definiert. Insbesondere ermöglichen die jeweiligen Materialien die Schaffung einer bei einer Betriebstemperatur dichten Verbindung zwischen dem lösbaren Brennerrohr 410 und der Verwirbleranordnung 430, so dass der Innenumfang des lösbaren Brennerrohrs 410 und der Außenumfang der Verwirbleranordnung 430 in strukturellem Kontakt miteinander stehen, ohne dass während eines Brennstoffdüsenbetriebs eine übermäßige Beanspruchung an dem lösbaren Brennerrohr 410 oder der Verwirbleranordnung 430 hervorgerufen wird. Insbesondere definieren das lösbare Brennerrohr 410 und die Verwirbleranordnung 430 eine Verbindung, die eine strukturelle Steifigkeit der Brennstoffdüsenanordnung 400 bietet, die konfiguriert ist, um während eines Betriebs Lasten zu übertragen. Außerdem ermöglichen die jeweiligen Materialien bei einer Ruhe- oder Raumtemperatur auch ein axiales Gleiten bzw. eine Axialverschiebung des lösbaren Brennerrohrs 410 an dem Schaft 420 zu dem Flansch 440 hin und von diesem weg.
In einer modifizierten Ausführungsform ist zwischen der Innenfläche, die den Innenumfang des lösbaren Brennerrohrs 410 definiert, und der Außenfläche, die den Außenumfang der Verwirbleranordnung 430 definiert, sowohl bei Ruhe- als auch bei Betriebstemperaturen ein Spalt definiert. In einer derartigen Ausführungsform beeinträchtigt der Spalt die Funktionsweise der Brennstoffdüsenanordnung 400 nicht wesentlich. In einer anderen modifizierten Ausführungsform wird ein wärmegestützter Prozess dazu verwendet, das lösbare Brennerrohr 410 ausreichend zu erweitern, um das lösbare Brennerrohr 410 um den Schaft 420 und die Verwirbleranordnung 430 herum zu verankern.
In der beispielhaften Ausführungsform ist das lösbare Brennerrohr 410 in der Lage, mittels eines Koppelmechanismus 450 sicher an den Flansch 440 angekoppelt und leicht von diesem entkoppelt zu werden. Der Koppelmechanismus 450 kann jede beliebige Vorrichtung enthalten, die zur Kopplung und Entkopplung des lösbaren Brennerrohrs 410 mit und von dem Flansch 440 in der Lage ist, wozu einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, eine Bolzenverbindung und/oder ein Nockensperrmechanismus gehören. Wenn das lösbare Brennerrohr 410 mit dem Flansch 440 gekoppelt ist, bietet das lösbare Brennerrohr 410 axiale Stütze für die Brennstoffdüsenanordnung 400. Insbesondere sind der Flansch 440 und der Koppelmechanismus 450 derart konfiguriert, dass sie dem lösbaren Brennerrohr 410 eine Schwingungsrobustheit verleihen. In der beispielhaften Ausführungsform umgeben mehrere Luftdurchgangsöffnungen 460 ein Basisende des lösbaren Brennerrohrs 410 in der Nähe eines Flansches 440, und sie sind bemessen und konfiguriert, um einen Zugang zu dem Kopplungsmechanismus 450 zu ermöglichen.
Der Kopplungsmechanismus 450 ermöglicht dem lösbaren Brennerrohr 410, leicht ausgetauscht zu werden, was eine verbesserte Wartbarkeit fördert. Beispielsweise kann, anstatt eine vollständige Brennstoffdüsenanordnung 400 zu ersetzen, wenn ein lösbares Brennerrohr 410 beschädigt oder verschlissen ist, ein lösbares Brennerrohr 410, das ersetzt werden soll, leicht losgelöst und durch ein neues lösbares Brennerrohr 410 ersetzt werden. Der Koppelmechanismus 450 ermöglicht ferner einen Zugang zu inneren Komponenten im Inneren der Brennstoffdüsenanordnung 400, wie beispielsweise dem Schaft 420 und der Verwirbleranordnung 430, zur Instandhaltung, Reparatur und Inspektion, indem nach Bedarf das lösbare Brennerrohr 410 losgekoppelt und das lösbare Brennerrohr 410 wieder angekoppelt wird.
Außerdem ermöglicht die Flexibilität des Austausches des lösbaren Brennerrohrs 410 eine Veränderung einer Luftflussgestaltung der Brennstoffdüsenanordnung 400 durch Ersetzen eines lösbaren Brennerrohrs 410 durch jeden beliebigen von einer Mehrzahl von lösbaren Brennerrohren 410 mit verschiedenen Luftflussgestaltungen.
Im Betrieb leitet das lösbare Brennerrohr 410 einen Luftfluss innerhalb der Brennstoffdüsenanordnung 400. Insbesondere tritt Luft in die Brennstoffdüsenanordnung 400 über die Luftdurchgangsöffnungen 460 ein, und sie wird durch das lösbare Brennerrohr 410 zu der Verwirbleranordnung 430 geleitet. In der beispielhaften Ausführungsform unterstützt das lösbare Brennerrohr 410 ein Leiten eines Luftflusses in einer derartigen Weise, dass der Luftfluss stromaufwärts der Verwirbleranordnung 430 im Wesentlichen gleichförmig ist. Insbesondere unterstützen eine axiale Länge 470 zwischen den Luftdurchgangsöffnungen 460 und der Verwirbleranordnung 430 sowie eine radiale Länge 480 zwischen dem Schaft 420 und dem lösbaren Brennerrohr 410 das Leiten eines gewünschten Luftflusses. In einer Ausführungsform ermöglichen die Längen 470 und 480 eine Beseitigung einer Notwendigkeit von Luftleitelementen innerhalb der Verwirbleranordnung 430.
5 zeigt eine teilweise aufgebrochene Perspektivansicht der Brennstoffdüsenanordnung 500, die eine modifizierte Ausführungsform der Brennstoffdüsenanordnung 400 darstellt. In der beispielhaften Ausführungsform enthält die Brennstoffdüsenanordnung 500 viele gleiche Komponenten wie die Brennstoffdüsenanordnung 400, die in 4 veranschaulicht ist, einschließlich des Schaftes 420, der Verwirbleranordnung 430, des Flansches 440, des Kupplungsmechanismus 450 und der mehreren Luftdurchgangsöffnungen 460. Darüber hinaus enthält die Brennstoffdüsenanordnung 500 in der beispielhaften Ausführungsform ein lösbares Brennerrohr 510 mit einem oberen Rohr 520 in der Nähe des Flansches 440 und einem unteren Rohr 530 in der Nähe der (in 1 veranschaulichten) Brennkammer 104, mehrere perforierte Öffnungen 540 und eine Leitblechanordnung 550. In der beispielhaften Ausführungsform enthält die Leitblechanordnung 550 eine Leit- bzw. Prallplatte 560 und ein glockenförmiges Luftführungsrohr bzw. -element 590, das mit dem Schaft 420 gekoppelt ist. In der beispielhaften Ausführungsform ist die Leitblechanordnung 550 radial innen von den mehreren perforierten Öffnungen 540 positioniert, die längs des Umfangs im Abstand zueinander rings um das lösbare Brennerrohr 510 vorgesehen sind.
In der beispielhaften Ausführungsform enthält das lösbare Brennerrohr 510 ein oberes und ein unteres Rohr 520 und 530 für Kosteneffizienzzwecke. Insbesondere ist das untere Rohr 530 aus einem Material hergestellt, das in der Lage ist, höheren Temperaturen zu widerstehen, die auf seine Nähe zu der (in 1 veranschaulichten) Brennkammer 104 zurückzuführen sind. Beispielsweise ist das obere Rohr 520 in der beispielhaften Ausführungsform aus 410 Edelstahl hergestellt, der einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE von 6,4e–6 Zoll/Zoll/°F aufweist, und das untere Rohr 530 ist aus Hastelloy X hergestellt, das einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE von 8,03e–6 Zoll/Zoll/°F aufweist. In einer Ausführungsform ermöglicht der Einsatz des Materials dem unteren Rohr 530, bei Materialtemperaturen oberhalb von etwa 1200°F seine Form aufrechtzuerhalten und einer Korrosion und Oxidation zu widerstehen. In einer modifizierten Ausführungsform ist das lösbare Brennerrohr aus einem Material hergestellt, das in der Lage ist, hohen Temperaturen aufgrund seiner Nähe zu der (in 1 veranschaulichten) Brennkammer 104 zu widerstehen.
In der beispielhaften Ausführungsform ist die Verwirbleranordnung 430 aus einem ersten Material hergestellt, das einen ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE aufweist, während das obere Rohr 520 aus einem zweiten Material hergestellt ist, das einen zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE aufweist, der sich von dem ersten CTE unterscheidet. In der beispielhaften Ausführungsform ermöglichen die jeweiligen Materialien der Verwirbleranordnung 430 und des lösbaren Brennerrohrs 510 es sicherzustellen, dass die Innenfläche, die den Innenumfang des lösbaren Brennerrohrs 510 definiert, in Anlage gegen die Außenfläche positioniert ist, die den Außenumfang der Verwirbleranordnung 430 definiert. In der beispielhaften Ausführungsform ermöglichen die jeweiligen Materialien der Verwirbleranordnung 430 und des oberen Rohrs 520 die Erzeugung einer bei Betriebstemperaturen dichten Abdichtung zwischen dem oberen Rohr 520 und der Verwirbleranordnung 430, ohne übermäßige Belastungen auf das obere Rohr 520 oder die Verwirbleranordnung 430 während eines Brennstoffdüsenbetriebs einzuleiten. Insbesondere definieren das obere Rohr 520 und die Ver wirbleranordnung 430 eine Verbindung, die eine strukturelle Steifigkeit der Brennstoffdüsenanordnung 500 ergibt, die eingerichtet ist, um während des Betriebs Lasten zu übertragen. Außerdem ermöglichen die jeweiligen Materialien der Verwirbleranordnung 430 und des oberen Rohrs 520 ferner ein axiales Gleiten oder Verschieben des lösbaren Brennerrohrs 510 an dem Schaft 420 zu dem Flansch 440 hin und von diesem weg bei einer Ruhe- oder Raumtemperatur. In der beispielhaften Ausführungsform ist die Verwirbleranordnung 430 aus 347 Edelstahl hergestellt, der einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE von 9,81e–6 Zoll/Zoll/°F aufweist, und das obere Rohr 520 ist aus 410 Edelstahl hergestellt, der einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE von 6,4e–6 Zoll/Zoll/°F aufweist. In einer anderen Ausführungsform sind die jeweiligen Materialien der Verwirbleranordnung 430 und des unteren Rohrs 530 ausgewählt, um zu ermöglichen sicherzustellen, dass die Innenfläche, die den Innenumfang des unteren Rohrs 530 definiert, in Anlage gegen die Außenfläche positioniert ist, die den Außenumfang der Verwirbleranordnung 430 definiert, wie dies vorstehend für das obere Rohr 520 beschrieben ist.
Während des Betriebs sind die mehreren perforierten Öffnungen 540 und die Leitblechanordnung 550 stromabwärts von den Luftdurchgangsöffnungen 460 positioniert, um das Leiten eines gewünschten Luftflusses im Inneren der Brennstoffdüsenanordnung 500 weiter zu unterstützen. In einer Ausführungsform ermöglicht die Leitblechanordnung 550 ein Leiten eines kürzeren und breiteren Luftflusses im Inneren der Brennstoffdüsenanordnung 500 im Vergleich zu der Brennstoffdüsenanordnung 400. Insbesondere ermöglicht die Leitblechanordnung 550 eine Konfiguration des Brennerrohrs 510, bei der eine axiale Länge 570 kürzer ist als die (in 4 veranschaulichte) axiale Länge 470 und eine radiale Länge 580 länger ist als die (in 4 veranschaulichte) radiale Länge 480.
Das lösbare Brennerrohr, wie es hierin beschrieben ist, unterstützt den Betrieb einer Gasturbinenmaschine. Insbesondere vereinfacht das hierin beschriebene lösbare Brennerrohr die Montage und Demontage der Brennstoffdüse und ergibt eine Schwingungsfestigkeit, Kontinuität des Strömungspfades und eine Flexibilität bei der Instandhaltung. Die Ausführung der Verfahren, Vorrichtungen oder Systeme, wie sie hierin beschrieben oder veranschaulicht sind, ist weder auf ein lösbares Brennerrohr noch auf eine Gasturbine allgemein beschränkt. Vielmehr können die hierin beschriebenen oder veranschaulichten Verfahren, Vorrichtungen und Systeme unabhängig und gesondert von anderen hierin beschriebenen Komponenten und/oder Schritten eingesetzt werden.
Diese Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsform, zu offenbaren und auch um jeden Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung auszuführen, einschließlich jegliche Vorrichtungen oder Systeme herzustellen und zu verwenden und jegliche enthaltene Verfahren durchzuführen. Der patentfähige Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele enthalten, die Fachleuten auf dem Fachgebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Ansprüche enthalten sein, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche unwesentlichen Unterschieden enthalten. Obwohl spezielle Merkmale verschiedener Ausführungsformen der Erfindung in einigen Zeichnungen veranschaulicht sein können und in anderen nicht, dient dies lediglich der Einfachheit bzw. Zweckmäßigkeit. Gemäß den Prinzipien der Erfindung kann jedes Merkmal einer Zeichnung in Kombination mit jedem beliebigen Merkmal irgendeiner anderen Zeichnung in Bezug genommen und/oder beansprucht werden.
Während die Erfindung anhand verschiedener spezieller Ausführungsformen beschrieben worden ist, werden Fachleute erkennen, dass die Erfindung in dem Rahmen und Schutzumfang der Ansprüche mit Modifikationen ausgeführt werden kann.
Es ist eine Brennstoffdüse geschaffen, die eingerichtet ist, um ein Fluid zu einer Brennkammer 128 hin zu leiten, die im Inneren einer Gasturbine 100 definiert ist. Die Brennstoffdüse enthält eine Verwirbleranordnung 320, 430 und ein Brennerrohr 410, 510, das mit einem Halteflansch 340 auf eine lösbare Weise gekoppelt ist, so dass während eines Brennstoffdüsenbetriebs eine Innenfläche des Brennerrohrs eine Außenfläche der Verwirbleranordnung umgrenzt.

100: Gasturbine, Gasturbinenmaschine
102: Verdichter
104: Brennkammer
106: Brennstoffdüsenanordnung
108: Turbine
110: Welle
112: Diffusor
114: Verdichterauslassplenum
120: Endabdeckung
122: Brennstoffdüsenanordnungen
124: Brennkammergehäuse
126: Brennkammerauskleidung
128: Verbrennungskammer, Brennkammer
129: Brennkammerkühlkanal
130: Übergangsstück
132: Turbinendüse, Turbinenleitapparat
134: Außenwandöffnungen
136: Außenwand
138: Kreisringförmiger Kanal
140: Innenwand
142: Leithohlraum
300: Brennstoffdüsenanordnung
310: Äußeres Rohr
320: Verwirbleranordnung
330: Perforierte Öffnungen
340: Flansch
350: Oberes Rohr
370: Verwirblermantel
400: Brennstoffdüsenanordnung
410: Lösbares Brennerrohr
420: Schaft
430: Verwirbleranordnung
440: Flansch
450: Koppelmechanismus
460: Luftdurchgangsöffnungen
470: Axiale Länge
480: Radiale Länge
500: Brennstoffdüsenanordnung
510: Lösbares Brennerrohr
520: Oberes Rohr
530: Unteres Rohr
540: Mehrere perforierte Öffnungen
550: Leitblechanordnung
560: Leitplatte, Prallplatte
570: Axiale Länge
580: Radiale Länge
590: Luftführungsrohr bzw. -element

Claims

Brennstoffdüse, die konfiguriert ist, um ein Fluid zu einer Brennkammer (128) hin zu leiten, die in einer Gasturbine (100) definiert ist, wobei die Brennstoffdüse aufweist: eine Verwirbleranordnung (320, 430); und ein Brennerrohr (410, 510), das mit einem Halteflansch (340) auf eine lösbare Weise gekoppelt ist, so dass während eines Brennstoffdüsenbetriebs eine Innenfläche des Brennerrohrs eine Außenfläche der Verwirbleranordnung umgibt.
Brennstoffdüse nach Anspruch 1, wobei die Verwirbleranordnung (320, 430) aus einem ersten Material mit einem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten hergestellt ist und wobei das Brennerrohr (410, 510) aus einem zweiten Material hergestellt ist, das einen zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der sich von dem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten unterscheidet.
Brennstoffdüse nach Anspruch 2, wobei der erste thermische Ausdehnungskoeffizient höher ist als der zweite thermische Ausdehnungskoeffizient.
Brennstoffdüse nach Anspruch 1, wobei die Verwirbleranordnung (320, 430) aus einem ersten Material mit einem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten hergestellt ist, wobei das Brennerrohr (410, 510) aus einem zweiten Material und einem dritten Material hergestellt ist, wobei das zweite Material einen zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der sich von dem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten unterscheidet, und wobei das dritte Material in der Lage ist, einer höheren Materialtemperatur als das zweite Material zu widerstehen.
Brennstoffdüse nach Anspruch 1, wobei das Brennerrohr (410, 510) die Verwirbleranordnung (320, 430) bei einer Ruhetemperatur lose umgibt und die Verwirbleranordnung bei einer Betriebstemperatur festsitzend umgibt.
Brennstoffdüse nach Anspruch 1, die ferner wenigstens eine Leitplatte (560) und ein Luftführungselement (590) aufweist, die in einer Richtung radial nach innen von dem Brennerrohr (410, 510) positioniert sind, wobei wenigstens entweder die Leitplatte und/oder das Luftführungselement konfiguriert ist/sind, um einen gewünschten Luftfluss im Inneren der Brennstoffdüse zu leiten.
Brennstoffdüse nach Anspruch 1, wobei das Brennerrohr (410, 510) mit dem Halteflansch (340) mittels wenigstens entweder mehrerer Bolzen und/oder eines Nockenmechanismus sicher gekoppelt ist.
Gasturbinenmaschine (100) die aufweist: eine Brennkammer (128); und eine Brennstoffdüse, die konfiguriert ist, um ein Fluid zu der Brennkammer hin zu leiten, wobei die Brennstoffdüse eine Verwirbleranordnung (320, 430), ein Brennerrohr (410, 510) und einen Halteflansch (340) aufweist, wobei das Brennerrohr mit dem Halteflansch auf eine lösbare Weise gekoppelt ist, so dass eine Innenfläche des Brennerrohrs während eines Brennstoffdüsenbetriebs eine Außenfläche der Verwirbleranordnung umgibt.
Gasturbinenmaschine (100) nach Anspruch 8, wobei die Verwirbleranordnung (320, 430) aus einem ersten Material hergestellt ist, das einen ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, und wobei das Brennerrohr (410, 510) aus einem zweiten Material hergestellt ist, das einen zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der sich von dem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten unterscheidet.
Gasturbinenmaschine (100) nach Anspruch 9, wobei der erste thermische Ausdehnungskoeffizient höher ist als der zweite thermische Ausdehnungskoeffizient.